TSN 网络在物联网专业的主要应用方向有哪些？

2023-01-28 12:04 来源：万分问答网作者：网友分享浏览：60

核心提示TSN 网络在物联网专业的主要应用方向有哪些？TSN 网络在物联网专业的主要应用方向有哪些？TSN是以以太网为基础的新一代网络标准，具有时间同步、延时保证等确保实时性的功能。工业物联网是未来TSN最广泛的一个应用，所有需要实时监控或是实时反

TSN 网络在物联网专业的主要应用方向有哪些？

TSN是以以太网为基础的新一代网络标准，具有时间同步、延时保证等确保实时性的功能。

工业物联网是未来TSN最广泛的一个应用，所有需要实时监控或是实时反馈的工业领域都需要TSN网络。比如：机器人工业、深海石油钻井以及银行业等等。

15个问题”刨根问底”TSN——让你一文看懂工业互联为何需要TSN？

要说现在工业通讯领域最热门的技术，那一定是非TSN莫属。其实，TSN(Time Sensitive Network)时间敏感型网络是一个最新的但却并非陌生的技术，那TSN究竟是什么样的网络呢？为何TSN会被认为是未来工业通讯的统一标准呢？TSN会替代现在的各类实时工业以太网吗？……

面对这些问题，CE China的老石和B&R的老宋开始了一场刨根问底式的对话，希望能让你对TSN有一个全面正确的了解。

1.TSN是时间敏感网络的意思，时间敏感是什么意思？其他网络对时间不敏感吗？有衡量指标吗？

答：说实话，最初在2016年贝加莱总部介绍TSN的时候，我觉得这似乎不像是一个工业自动化领域的技术，因为像PROFINET、POWERlink、EtherCAT等工业网络已经可以达到比较高的实时性指标，而且好像也极少遇到什么当前100μS循环周期搞不定的案子，工业网络讲 “Determistic”，即确定性网络，因为控制是基于“等时同步”的，工业领域早已实现“时间敏感”。因此，就个人而言当时觉得这个词是IT的人不了解工业而开发出来的网络，因为TSN的最初描述是为以太网赋予“确定性”、“实时性”传输能力，这是因为标准以太网是没有这个能力的，但是，实时以太网有这个能力。

那么，问题的关键在哪里？TSN最关键的目的在于“同一”网络的数据传输，即，周期性的控制通信需求和非周期的数据在同一个网络中传输，才是TSN的核心诉求。

因为现在的IT与OT融合过程中会遇到非常大的问题，即，周期性数据和非周期性数据往往需要通过两个网络传输，因此，你会发现控制器各家都是两个网口，一个实时以太网，一个标准以太网，一般实时网络用语机器与系统控制，而标准网络用于管理级信息的传输。

通常，衡量网络的QoS（Qualityof Service）指标包括循环周期、延迟、抖动这几个指标，一般来说，硬实时会在百微秒这个级别的刷新，抖动控制在几十个nS这个级别，延迟在微秒级。没有特别的官方定义实时性，因为，应用场景不同。

2. TSN特点之一是实时性高，我们以往的现场总线、实时以太网不也有这个特点吗？相比这些TSN在实时性方面也有优势吗？

答：尽管TSN的关键诉求在于“同一”网络的传输，但经过研发人员的设计，其调度机制也允许获得较高的实时响应能力，目前贝加莱已经开发的千兆以太网的TSN测试下来抖动在50nS（抖动通常描述的是最差情况），可以达到的最快周期是在10μS级，‍因此，对于现有的工业控制而言，TSN的实时性是完全可以保障的。

和目前主流的实时以太网比TSN显然性能更高，据贝加莱总部的千兆测试数据显示高了18倍的整体性能（其测试是按照节点数、数据负载不断增加然后取性能的均值）。

3. TSN是如何实现时间敏感的呢？它是在标准以太网标准上做了哪些修改吗？

答：TSN本身是一系列的标准，它包含了时钟同步、数据调度与网络配置三个方面的关键标准，TSN仅指数据链路层的标准，这一点必须阐明，它可以采用IEEE802.3的以太网或IEEE802.3cg的标准网络来实现物理层，而数据链路层采用了桥接网络，以及不同的数据流调度的策略，也就是Shaper-整形器，比如CBS基于信用的整形器、Qbv-时间感知整形器TAS、CQF-周期性排队与转发、ATS-异步传输整形器。想了解这个就得了解以太网本身是怎么传输的，然后就明白TSN主要是在Transmit Selection这个地方进行了策略调度机制的设计。

4.TSN这两年在工业界越来越火，这个TSN源自哪里，是咱们工业界独有吗？其他行业也叫TSN吗？全球谁在主导这个标准啊？

答：TSN并非是源自工业界，TSN最早是在音视频传输领域，后来在汽车领域于2012年成立IEEE802.1Q工作，而到工业已经是2015年的事情了，成立了IEEE802.1 TSN工作组。

在汽车工业里他们一般称为AVB-Audio Video Bridge，是由IEEE802.1Qav、IEEE802.1AS和IEEE802.1Qat（已经作为IEEE802.1Q的基础标准）构成。

在航空航天领域也有大量时间敏感型网络应用，他们可以称为AS6802，而在工业领域，IEC和IEEE合作，成立了IEC60802工作组用于实现TSN网络的互操作性标准制定。

目前TSN的推动组织是Avnu，包括IIC、OPC UA基金会也加入了推动这项技术的工作，他们会和主要的Shaper厂商共同推动TSN技术的发展。

5. TSN今后是要成为标准以太网协议，而且比以前的标准以太网协议先进，那是否意味着今后民用商用工业用的以太网协议都会成为TSN？

答：TSN是一项VLAN技术，即Vitural Local Area Network，这显然定义了它是一个局域网，并且是一个虚拟的局域网，它不必一定成为商用和民用的所有通吃的标准，TSN域和非TSN域的区别在于VLANID，即，进入TSN网络会被交换机给打上VLAN标签，然后借助于TSN机制在该网络中传输，但离开了TSN网络的时候，这个VLAN标签会被去除，它也可以变为一个标准以太网帧被传输。因此，TSN交换机会和普通交换机一起工作没有问题。

因此，商业或民用网络并不是必须要变为TSN网络，这完全取决于应用本身的需求，尤其是经济性指标，因此，如果没有特殊的实时性需求的话，倒没有必要，目前TSN网络看来聚焦在工业级IoT应用比较多。

6. 为何这两年突然TSN就受到业界这么多人的关注？它能解决哪些现在解决不了的问题吗？

答：TSN火的原因就是大量的物联网应用需求产生的，因为，你必须考虑周期性和非周期性数据的同一网络传输问题，带宽的需求较之以往更大。

你可以看到这个图中，描述了几个场景：

（1）音视频同步：其实，如果你看中央电视台，你看到播音员的口型和语音会出现不同步—这也属于质量问题，因为音频和视频没有同步，或者像大剧院里的音箱，你想想如果他们不能实现同步，就会出现重复的声音，也属于数据传输质量的问题。

（2）.ADAS，相对于传统的汽车而言，ADAS会需要多个激光雷达（比如前后三个），包括安全系统，这些更多的传感器都会带来带宽的需求较之以往更大。

（3）.AR/VR、机器视觉：这些技术在工业场景更多的使用都会让带宽的需求变大。

因此，TSN是有实际的需求的，连接变得更为广泛，则需要更大的网络容量传输能力。

7. 既然具有时间敏感特点的以太网络有这么多优点，那么为何在早先的标准以太网推出时没有考虑做成时间敏感呢？为何现在就要加上时间敏感？是原先没有想到吗，还是原来的技术实现不了，或者是成本太高等其他原因？，

答： 90年代大众来中国投资建汽车厂的时候，中国的高速公路才刚开始，包括现在很多老的小区都没有足够的停车位，谁会料到今天汽车如此普及呢？

同样道理，在你不需要这项技术的时候，你是不会真正有动力去开发这样的技术的，因为如果没有人用，这些研发投入就失去意义了，因此，任何技术的流行都会需要时间，而且，就目前而言，TSN都还没有到它真正爆发的时候，因为，对互联的需求也就最近几年才刚开始，大量的工厂实际上还处于单机生产的阶段。因此，TSN现在已经处于未雨绸缪的阶段，因为大数据应用仅在局部开始，而并非进入爆发期。

当然，你说的没错，要实现TSN这样的网络的确需要非常大的技术投入，因为它的复杂性是超过现有的网络的，就像时钟同步就比IEEE1588有可靠性方面的需求，调度机制也更多样灵活，这些都是需要芯片处理包括千兆以太网处理芯片、传输电缆、交换芯片等，这些都是成本，而只有面临巨大的市场机会，芯片厂商才会有动力去投入研发。现在大量的芯片厂商投入其中也是因为看到其广阔的未来-这些投入会让TSN变得更为易用而低成本--TSN潜在的规模使得它较之以往的网络更具竞争力。

8. 截至到目前，关于TSN的相关产品研发、测试床，支持的厂商等最新进展是什么样的？

答：目前TSN有几个重要的测试床推动者，一个是德国的LNI-就是工业4.0组织的测试床，一个是在IIC的测试床，还有一个就是由华为ECC组织的测试床，贝加莱在三个组织中都积极的参与了Testbed的建设。

目前，主流的自动化厂商都发布了各自的TSN产品或者测试产品，像B&R在2017年SPS发布了TSN产品，而SIEMENS在2018年汉诺威展发布了Profinet over TSN的产品，2019年三菱发布了CC-link IE TSN产品。华为、TTTech、CISCO、MOXA、赫斯曼等厂商也发布了TSN交换机产品。

9. 虽然TSN这两年火热，几乎所有人看好和支持，那为何从实际产品上还并不多见，或者还没有批量生产和销售，正式工业应用几乎没有，主要卡在哪里呢？预计到什么时候，TSN会开始真正落地应用？

答：看来，你比用户更着急，但是，工业产品一般生命周期都比较长，就像CAN总线、Modbus现在还在用一样，实际上，它并没有想你想象那么慢，相对于过去的总线从概念、局部应用、大面积成熟应用的时间而言，TSN的发展算是比较快的，因为你要知道TSN面向工业的工作组2015年底才成立，2016年9月才召开Shaper的启动会议，因此，你能够在2018年看到这么多公司推出产品已经算是非常快的了。

TSN在2019年包括像现在已知的贝加莱、三菱都会有批量化产品推出，工业产品不会像手机那么更新快，华为的P20 Mate Pro我还没买呢，P30就出来了，而工业产品一般生命周期都在15年以上，因为一台机床可能会用20年以上。

因此，其实TSN发展已经非常快了。

10. 一个通信网络要实现TSN，需要哪些设备来构成或支持？相比其他网络，TSN实现起来会不会更加昂贵？

答：TSN是一个VLAN，因此它很多实现是在软件的层面的，需要具有处理这种时钟同步和调度机制的交换机，当然对于控制器而言，需要TSN的芯片支撑，具体的芯片成本我倒没有考量过，但是，事物发展的规律是具有共性的，成本一定是一个不断下降的过程，因为大量的采用就可以降低成本。

11. 现在看到国外厂商TSN产品陆续发布了，但国内厂商还没有，那要如何才能开发一个TSN的主站或者从站或者I/O呢？成本高吗？

答：这一点倒不完全是这个情况，华为在这方面已经走在前面，他们的TSN交换机也已经开发完成了，不过也似乎尚未进入批量化阶段，因为华为会考虑更多的场景问题，因此，在整形器方面会有一些自己的设计，最近我写了关于TSN的整形器（Shaper），还请教了华为的两位专家，另外，MOXA也有TSN的交换机产品推出，还有一些大学、研究所、企业也推出TSN相关的技术测试产品，目前尚未正式发布。

目前提供TSN技术开发板的包括XILINX，以及TTTech和Intel共同推出的TSN解决方案、芯片厂商NXP、AD等也推出了TSN的开发与测试芯片及测试板。

12. 现在实时以太网、现场总线在控制领域、特别是运动控制领域应用广泛，那TSN会取代这些协议吗？TSN和这些实时网络会是什么样的关系？

答：又需要强调一遍，就是TSN是在ISO/OSI架构的第二层，这意味着目前的TSN可以以各种形式出现，其实，以太网本身也是这个发展过程，比如Profinet就是Profibus over Ethernet，POWERlink就是CANopen over Ethernet，那么，就会出现Profinet over TSN、CC-link IE over TSN这些场景，这种设计往往是为了保持应用层软件的延续性，以确保现有的设备投资的可用性，而贝加莱则会选择OPC UA over TSN，原有的POWERlink CANopen应用层会逐渐转向OPC UA，必须保持一个软件应用的延续性，这也是在较长的一段时间里，应用层保持，而数据链路层则逐步转向TSN的过程。从TSN目前所展示的性能而言，应对运动控制的任务也没有丝毫问题，一些厂商宣城将很快推出TSN的运动控制产品，贝加莱2019年推出IO和控制器，并计划在2020年推出基于TSN通信的运动控制产品。

这一点必须强调，对于任何工业应用而言，保持技术的稳定性、继承性是一种必须的考量，因此，技术的升级必须尽量的平滑过渡，对于用户同样如此，这是投资安全性的保障，因此，TSN短期内当然不会取代现有的网络，但是，在更长的时间里，TSN会成为基础的网络架构。

ISO/OSI模型很有意思，就是它使得各个层可以独立设计，包括物理层，目前的IEEE802.3可以继续使用，当然也可以使用诸如PoE(Power onEthernet)、SPE(Single Pair Ethernet-IEEE802.3cg)的物理层。

13. 现在另外一个通讯技术5G也已经来临，5G也是以低时延、高带宽为最大特点，而且5G要最多的应用可能在工业上，那么TSN和5G会是一个竞争关系吗？

答：5G也有针对ULL(UltraLower Latency)的场景，但是，5G属于无线网络，在工业领域的应用，尤其是类似于运动控制这些应该还不会采用5G，但是，基于IIoT的应用中对网络的确定性评估可以承受的领域5G是可以使用的，另外，TSN也会有针对无线场景的标准。

因此，评估技术的应用前景主要看场景—他们肯定不会是竞争关系，而是相互补充。

14. 对于TSN，也有些人认为现在是“雷声大雨点小”，那TSN标准的最新进展是什么样的？还需要解决哪些方面的问题从而来加速推进呢？现在技术发展那么快，TSN会不会中途又被新的通信技术给替代了？

答：其实，任何一项技术的核心驱动力是“经济性”，而技术推动必然有一个接受过程，市场需要培育，因此，TSN显然也不可能短期马上就会大量的应用，想想现场总线从开始到发展到顶峰实际上也经历了30年的时间，如果放眼整个产业的发展，TSN从2015年发展到今天已经算是非常快的速度了。

至于TSN中途会不会被新的通信技术替代，这个问题比较有意思，理论上来说，一切皆有可能，但是，任何技术都是来自于需求的，如果需求没有本质的变化，那么技术也就不会有本质的变化，如果需求就是网络的统一，那么无论是TSN还是说一个新的技术，同样是这个技术实现路径，而且通信技术不可能离开芯片、工业控制独立存在，因此，只会有TSN的升级，而很难有一个独立的技术替代它。

技术的发展有其必然性，既然大家看到了10年后的技术需求而开发TSN，那么它就会在很长一段时间内持续的发展。

至于更久的时间比如30年后会是怎样，我想大部分人都无法关注，因为，这个时候如果你敏锐的观察到30年后的网络的需求，然后研发30年后要用到的技术，你这家公司是活不到那个时候的。

15. 如果未来一旦TSN在各个领域都普及了，是不是就是实现了所谓的工业物联网万物互联？

答：这个倒是值得期待，TSN正是致力于此，不过，万物是否一定是被TSN互联，那也未必，因为这个世界有太多的技术，就像刚才提到的5G，人类因为多样性才有意思，也因为有未知才值得探索，TSN能不能实现万物互联并不重要，它只是一个技术，不用赋予它那么重大的意义，就像比尔.盖茨所说“我们总是高估在一年或者两年中能够做到的，而低估五年或者十年中能够做到的”—短期看TSN似乎还没有到要广泛应用的阶段，但长期来说，TSN在汽车、工业互联网领域将是具有统治性地位的，不过它的最佳搭档是OPC UA，这两者的配合将会让工业有着天下一统的可能。

当然，在工业世界里，价值的创造不仅仅依赖于网络技术，而依赖于对客户价值的追求，包括软件的应用价值、人的创造力，没有这些，TSN发挥不了什么，它只是一个实现我们价值创造过程的工具—对于工业企业而言，价值仍旧来自于为客户解决问题，TSN会帮助我们。

时间敏感网络(TSN)相关综述

姓名：刘家沐

学号：19011210553

资料来源于网上，自己编辑整理

【嵌牛导读】：时间敏感网络的目标就是实现同一个网络中实时性关键数据流与普通数据流有良好兼容性的共同传输。要实现这两种业务的融合就是要求时间敏感网络中设备对时间表有着精准的把控，实现实时性关键业务所要求的低时延低抖动。此外，如果能将各类设备错综复杂的业务流在同一网络上进行传输，这便意味着专用网络连线的减少，简化系统设备的部署流程，同时又能减少系统设备的体积与花销。

【嵌牛鼻子】：时间敏感网络 TSN 确定性传输

【嵌牛提问】：近些年来被提出的时间敏感网络相关问题

【嵌牛正文】：

一．问题提出

传统的以太网通常采用的转发模式是“Best Effort”（尽力而为），但是这种转发方式往往缺乏确定性。当数据包到达发送端口后并准备发送时，发送端按照先入先出的原则进行转发，但是当某个发送端口同时有多个数据要进行发送的时候，这些数据就要进行排队，排队等待时长由队列长度，数据发送速度等多个因素决定。如果网络中流量过大，便会出现拥塞或者丢包等情况，排队等待时间也会变得无法预测，确定性也就无法保证，这就会引起流量调度，时间同步，流量监控，容错机制标准化等问题。

在带宽足够的情况下，这种尽力而为的以太网可以适应于目前大多数的情况，但在某些应用领域这种不确定性是不可容忍的，例如远程医疗或者网络辅助的自动驾驶。在这些安全或者生命攸关(Security or Life Critical)的网络应用中，某次信息的传输不确定性可能会带来无法挽回的后果。

这时，建立可靠的传送机制就成了摆在技术人员面前的首要问题。

为了保证某些较为重要的受控物理系统的确定性行为，需要实时网络具有确定且较低的网络延迟和延迟变化（抖动）。传统上，现场总线已经用于此目的，但由于总线的设计，花销，体积，重量等多种因素，时间敏感网络开始被提出。

时间敏感网络（Time Sensitive Networking，TSN）基于标准以太网。在标准以太网上的通信流量（如音视频流）可以与具有高优先级确定性信息流(如运动控制)等共享物理网络。不同的服务对时延的要求不一样，尤其是在那些需要确定传输的下行服务领域，对时延和抖动要求尤为敏感。

时间敏感网络的目标就是实现同一个网络中实时性关键数据流与普通数据流有良好兼容性的共同传输。要实现这两种业务的融合就是要求时间敏感网络中设备对时间表有着精准的把控，实现实时性关键业务所要求的低时延低抖动。此外，如果能将各类设备错综复杂的业务流在同一网络上进行传输，这便意味着专用网络连线的减少，简化系统设备的部署流程，同时又能减少系统设备的体积与花销。

TSN并非涵盖整个网络，而仅仅是对MAC层的定义，对数据帧进行处理的过程。

二．内容历史

AVB——以太网音视频桥接技术（Ethernet Audio Video Bridging）是IEEE的802.1任务组于2005开始制定的一套基于新的以太网架构的用于实时音视频的传输协议集。它有效地解决了数据在以太网传输中的时序性、低延时和流量整形问题。同时又保持了100%向后兼容传统以太网，是极具发展潜力的下一代网络音视频实时传输技术。其中包括：

1. 802.1AS：精准时间同步协议（Precision Time Protocol，简称PTP）

2. 802.1Qat：流预留协议（Stream Reservation Protocol，简称SRP）

3. 802.1Qav：排队及转发协议（Queuing and Forwarding Protocol，简称Qav）

4. 802.1BA：音视频桥接系统（Audio Video Bridging Systems）

5. 1722：音视频桥接传输协议（Audio/Video Bridging Transport Protocol，简称AVBTP）

6. 1733：实时传输协议(Real-Time Transport Protocol，简称RTP)

7. 1722.1：负责设备搜寻、列举、连接管理、以及基于1722的设备之间的相互控制。

AVB不仅可以传输音频也可以传输视频。用于音频传输时，在1G的网络中，AVB会自动通过带宽预留协议将其中750M的带宽用来传输双向420通道高质量、无压缩的专业音频。而剩下的250M带宽仍然可以传输一些非实时网络数据。用于视频传输时，可以根据具体应用调节预留带宽。比如：750M带宽可以轻松传输高清full HD视觉无损的视频信号。并且可以在AVB网络中任意路由。

IEEE 802.1任务组在2012年11月的时候正式将AVB更名为TSN – Time Sensitive Network时间敏感网络。也就是说，AVB只是TSN中的一个应用。

第一个应用就是我们的专业音视频(Pro AV)。在这个应用领域里强调的是主时钟频率。也就是说，所有的音视频网络节点都必须遵循时间同步机制。

第二个应用是在汽车控制领域。目前大多数的汽车控制系统非常复杂。比如说：刹车、引擎、悬挂等采用CAN总线。而灯光、车门、遥控等采用LIN系统。娱乐系统更是五花八门，有FlexRay和MOST等目前的车载网络。实际上，所有上述系统都可以用支持低延时且具有实时传输机制的TSN进行统一管理。可以降低给汽车和专业的A/V设备增加网络功能的成本及复杂性。

第三个应用是商用电子领域。比如说，你坐在家中，可以通过无线WIFI连接到任何家中的电子设备上，实时浏览任何音视频资料。

最后一个应用也是未来最广泛的应用。所有需要实时监控或是实时反馈的工业领域都需要TSN网络。比如：机器人工业、深海石油钻井以及银行业等等。TSN还可以用于支持大数据的服务器之间的数据传输。全球的工业已经入了物联网(Internet of Things，IoT)的时代，毫无疑问TSN是改善物联网的互联效率的最佳途径。

三. 研究现状与热点

TSN正在关键的小型封闭式汽车和工业网络中得到广泛采用，以建立可靠的ULL端到端连接。然而，关键的TSN限制恰恰是关注于封闭网络，例如车载网络和小规模机器人网络。在机器人和车载网络中运行的网络应用程序通常涉及与外部非TSN网络的显着交互。机器人和车载网络应用程序需要通过外部网络与移动性处理程序紧密集成。如果外部网络中没有适当支持高级网络功能（如移动性），那么TSN的好处基本上仅限于小型封闭网络。因此，TSN和不同外部网络之间的平滑互操作性对于异构网络场景中的TSN操作是必不可少的。理想情况下，TSN和非TSN网络之间的连接应该能够适应与TSN类似的特性，以确保异构部署中的整体端到端连接要求。

V2X通信：Lee和Park提出了iTSN，这是一种将大型TSN网络互连用于大规模应用的新方法。 iTSN方法利用诸如IEEE 802.11p的无线协议用于不同TSN网络之间的互联网。特别地，跨互连网络共享全球定时和同步信息对于建立公共定时平台以支持外部网络中的TSN特性是重要的。因此，iTSN方法使得例如车载网络能够将安全关键信息发送到控制节点，例如路侧单元（RSU），在异构部署中具有微秒级的延迟。通过采用这种可靠的互连技术，可以在比当前可行的毫秒范围短得多的（微秒）时间跨度内实现车辆制动安全距离。总的来说，TSN和互连技术（如iTSN）可以为安全的自动驾驶系统创建一个通信平台。

网络建模：尽管TSN标准在汽车驾驶网络中得到了很大的重视，但网络部署的一个主要挑战是如何管理网络的复杂性。汽车行业随着技术的进步，对现有的车载网络基础设施提出了更多的要求。随着车载网络中传感器数量的增加，日益增加的连接在网络规划中，应相应地满足传感器相互之间的连接和带宽要求。然而，车载控制系统网络需求的动态变化可能需要更广泛的网络基础设施，从而导致更高的支出。

硬件和软件设计：支持TSN功能的硬件和软件组件设计，例如TSN节点中的调度，抢占和时间触发事件生成，需要大量的工程和开发工作。硬件实现在计算资源利用率和执行延迟方面非常高效，但导致难以适应新应用程序要求的严格架构。另一方面，软件实现可以灵活地适应新的应用程序要求，但由于网络功能的软件化，例如时间触发的调度和硬件虚拟化，可能使CPU过载。

总结和吸取的经验教训：迄今为止，大多数关于TSN的研究都集中在独立且与外部网络隔离的车载网络上。 TSN研究领域的另一个限制是缺乏包含大规模异构网络架构的仿真框架。应在基准评估中创建并考虑包括本地和外部网络交互（例如汽车驾驶）的有效用例。目前，大多数TSN研究中的一般用例是支持车载传感器连接和用于信息娱乐的音频/视频传输的车载网络。未来的定制TSN仿真框架应基于支持具有本地化和外部网络交互的下一代应用的网络，例如汽车驾驶。类似地，基于SDN的TSN管理可以利用分层控制器设计来将管理从诸如车辆网络之类的本地化网络扩展到诸如车辆到任何（vehicle-to-any （V2X））网络之类的外部网络。

四．下一步研究趋势

TSN网络基础设施和协议必须支持有限的端到端延迟和可靠性，以支持与物联网，医药，汽车驾驶和智能家居中的关键应用相关的基本功能。用于满足这些应用要求的基于TSN的解决方案导致支持各种协议的复杂网络基础设施。因此，简化的TSN网络管理机制对于降低复杂性同时满足ULL应用的关键需求至关重要。

因此，多个TSN网络之间的可靠，安全和低延迟通信对于支持广泛的未来应用至关重要。缺乏与外部TSN和非TSN网络连接和通信的TSN标准阻碍了互操作网络中的研究活动，需要紧急解决。总之，我们确定了TSN研究的以下主要未来设计要求：

①　支持从时间敏感到具有流量调度功能的延迟容忍应用程序的各种应用程序。

②　多个封闭TSN架构之间的连接。

③　灵活和动态的优先级分配，以确保较低优先级流量的有限端到端延迟。

④　采用SDN以全球网络视角集中管理TSN功能。

⑤　通过自我估计和本地时钟偏差校正来实现高效的定时信息共享和精确的时钟设计。

⑥　计算有效的硬件和软件设计。

1. TSN中低优先级数据的传输

TSN节点抢占正在进行的低优先级帧传输，用于发送进入的高优先级帧以保证高优先级帧的绝对最小TSN节点传输延迟。根据高优先级流量的强度，可以多次抢占低优先级帧。结果，由于抢占事件直接取决于高优先级业务强度，因此不能保证低优先级业务的端到端延迟特性。如果高优先级业务强度明显高于低优先级业务强度，则可以大大增加低优先级业务的端到端延迟。通常，低优先级流量承载延迟敏感数据，这不如高优先级流量数据重要，但仍应在最坏情况下的deadline内传送。在当前的技术水平中，没有研究机制或标准来确保抢占下的低优先级业务的最坏情况端到端延迟。

因此，未来的研究需要开发新的机制，以确保TSN网络中低优先级流量的有界最坏情况延迟.

2. 无线TSN的发展

为了将工业设备（工业传感器/执行器）以无线方式连接到TSN网络，5G是非常合适的解决方案。与4G相比，5G的新功能，尤其是无线接入网络（RAN），提供了更好的可靠性和传输延迟。而且，新的5G系统架构允许被灵活地部署。因此，5G可以实现不受电缆安装限制的TSN网络。

里程碑！支持TSN、APL和5G的OPC UA FLC——工业通信的未来王者？

“

OPC UA使用时间敏感网络(TSN)和以太网高级物理层(Ethernet APL)，来实现控制器到控制器的网络通信。

”

OPC UA（统一架构）经过不断扩展，已支持使用时间敏感网络(TSN)和先进物理层以太网（Ethernet-APL）以及控制器到控制器通信作为计划中的标准工业互操作性连接的一部分。

自2018年11月推出两年后，OPC基金会现场级通信(FLC)计划已经完成了基于OPC UA现场交换(UAFX)的初始候选版本，可用于“控制器到控制器”的通信应用。这标志着通过Ethernet-APL和TSN等关键技术，OPC UA作为标准化的现场级工业互操作性解决方案的重要里程碑。

FLC计划发表了一份40页的技术论文，详细介绍了将OPC UA扩展到现场层的技术方法和基本概念，以满足工厂和过程自动化的各种要求和用例。

截至2021年3月，FLC计划已有27家公司参与，包括全球领先的自动化制造商，已加入该计划的指导委员会，为其提供资金、人员和技术知识的支持。共同目标是将OPC UA的范围扩展到现场层，并使OPC UA成为工厂和过程自动化中统一、一致的通信标准。在向所有OPC基金会成员开放的技术工作组中，来自60多家公司的300多名专家，正在努力开发适用的概念和规范。

控制器到控制器的原型

虽然有COVID-19疫情的限制，但在过去的一年里，第一版规范的相关工作进展顺利。控制器到控制器（C2C）用例的基本概念已经形成，并纳入了第一版规范草案。第一个候选版本已于2020年11月完成，并已实施原型以验证规范草案。工作组正在制定测试规范，这些规范正被转换为OPC UA合规性测试工具（UACTT）的测试用例。

在规范的第二个版本中，已经开发的概念被扩展到控制器到设备(C2D)和设备到设备(D2D)的用例中，因此OPC UA可以用作跨所有自动化层的统一和一致的通信方式（图2）。这开辟了新的可能性，特别是在不同的工业4.0应用场景以及信息技术(IT)和运营技术(OT)融合的应用中。

现场层通信：系统架构

FLC计划的初始候选版本于2020年11月完成，由4个子规范（OPC UA Parts 80-83）组成，侧重于控制器到控制器通信，通过点对点连接和基本诊断来交换过程和配置数据：

• 第80部分(OPC 10000-80)包括介绍并概述了扩展OPC UA以与/在现场进行通信的基本概念。

• 第81部分(OPC 10000-81)指定了控制器和现场设备（自动化组件）的基本信息模型以及通信概念，以满足工厂和过程自动化的各种用例和要求。

• 第82部分(OPC 10000-82)描述了网络服务，例如拓扑检测和时间同步。

• 第83部分(OPC 10000-83)描述了使用描述符和数据包进行离线工程交换信息所需的数据结构。

支持TSN、APL和5G的OPC UA

OPC UA框架与传输无关，可与各种底层通信协议和传输物理一起使用。在将OPC UA扩展到工厂和过程自动化中的所有用例和要求的过程中，Ethernet-APL和TSN被OPC基金会视为其战略的重要组成部分，是创建可扩展的工业互操作解决方案愿景的一部分。

使用TSN可以促进建立在OPC UA之上的确定性数据传输，这对于要求苛刻的自动化应用是必不可少的。此外，TSN允许使用标准化硬件和公共网络基础设施，来运行不同的应用和协议。这使融合的工业自动化网络得以实施，其中的各种IT和OT协议可以共存。

FLC工作组正在研究，哪些TSN标准应强制用于基于OPC UA的终端设备和基础设施组件，以满足对性能、灵活性和易用性的特定要求。OPC基金会已明确承诺支持IEC/IEEE 60802工作组正在开发的TSN-IA（工业自动化）配置文件。为此，OPC基金会已与标准化机构IEC SC65C和IEEE 802.1签订了合作协议。

Ethernet-APL描述了专为过程工业要求而开发的以太网物理层。Ethernet-APL支持长距离高速数据传输、通过公共双绞线电缆提供能量和数据，以及在危险区域安全使用的保护措施。Ethernet-APL可用于在过程工业中启用OPC UA和其它基于以太网的协议。OPC基金会于2020年6月加入Ethernet-APL项目，与其它非营利组织和各工业伙伴一起合作开发和推广APL。

通过OPC UA进行的数据交换，不局限于有线或无线以太网通信。支持5G移动通信标准是OPC基金会的发展计划之一。5G映射将无缝集成到现有的OPC UA架构中，因此OPC UA FLC计划的所有协议和配置文件的扩展，都可以通过以太网、TSN以及未来的5G使用。

工业自动化互操作性

OPC UA框架(IEC 62541)与FLC计划规定的现场层扩展，结合APL、TSN和5G等底层通信标准，提供了一个完整、开放、标准化和可互操作的解决方案。它满足工业通信要求，并实现了从现场到云端的一致性和语义互操作性（图4）。通过这种方法，使用各种OPC UA配套规范可以在数据源处使用标准化语义提供信息。

考虑使用APL电缆时，流量计提供标准化的“OPC UA流量测量数据”的情况。当伺服驱动器被集成到一个具有以太网TSN的机器网络中时，伺服驱动器可以处理标准化的 “OPC UA驱动设定值”，并提供标准化的“OPC UA实际驱动值”。

关键概念：

OPC UA规范将允许控制器到控制器的通信。

Ethernet-APL和TSN还将支持控制器到设备和设备到设备的通信。

OPC基金会的OPC UA还集成了运动、安全和5G无线功能。

思考一下：

结合APL、TSN和5G等底层通信标准，OPC UA实现了从现场到云端的一致性和语义互操作性。

传统以太网和时间敏感网络TSN的区别

1) “传统以太网”的诞生

我们通常认为以太网是由鲍勃梅特卡夫（Bob Metcalfe）于1973年提出的。并于1982年（Ethernet V2）投入商业市场且很快击败了与其同期的令牌环、FDDI和ARCNET等其他局域网技术被全球普遍采用。以太网技术从根本上解决了在局域网内的信息互传/共享的问题。然而在创建之初，以太网只考虑了一些非实时的静态信息。例如：文字和图片。即便是共享音频和视频，但只限于下载和互传。

1982年，第一台CD机在日本问世。这标志着音视频从此由纯模拟走入了“数字化”。而1996年由互联网工程任务组(IETF)开发的RTP（Realtime Transport Protocol）则奠定了音视频在网络中传输的基础，也就是说音视频又实现了从“数字化”进化到了“网络化”。之后的VoIP正是借用了RTP技术实现了在全球互联网上的“网络化数字通讯”。

由于本文即将阐述“时间敏感网络”，因此，为了加以区别，我们将目前大家所熟知的以太网称为“传统以太网”。那么究竟“传统以太网”是如何工作的呢？

2) “传统以太网”的基本原理

首先我们先要搞清楚以太网的工作原理。以太网是当今现有局域网采用的最广泛的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，目前通常使用双绞线（UTP线缆）进行组网。包括标准的以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbit/s)、千兆网(1Gbit/s)和10G（10Gbit/s）以太网。它们都符合IEEE802.3。(注：bps=bit/s)

以千兆网(1Gbit/s)为例：假如说交换机的端口带宽是1Gbps，则说明每秒可传输1000,000,000个二进制的“位”。大家一定要注意以太网中所有的传输都是串行传输，就是说在网卡的物理端口会在每一个单位时间内“写入”或是“读取”一个电位值(0或1)。那么这个单位时间对于1Gbps带宽来说就是1÷1000,000,000=1ns。如图一所示：

欧美圈tsn是什么意思?

TSN是电影社交网络的简称，ME是马克扎克伯格和爱德华多的CP名，粉他们的人简称船员各位宝妈，什么是TSN这位知友，天津解放前用英语叫做Tientsin，TSN是国际民航组织通用的三字码，就是天津滨海机场。

TSN Time Since New自出厂到现在的飞行时间。

TSR Time Since Repair自小修到现在的飞行时间。

TSO Time Since Overhaul自大修到现在的飞行时间。

CSR Cycle Since Repair自小修到现在的飞行起落。

CSO Cycle Since Overhaul自大修到现在的飞行起落。

各省市、各个地区应该如何发展工业互联网，有哪些主要任务？

自2017年国务院印发《关于深化“互联网+先进制造业” 发展工业互联网的指导意见》之后，各地纷纷加快工业互联网的建设与发展步伐。发展工业互联网，网络体系是基础，平台体系是关键，安全体系是保障。各省市、各地区应紧紧系统构建网络、平台、安全三大体系，打造人、机、物全面互联的新型网络基础设施，全力推进七大任务：

1.夯实网络基础

夯实工业互联网的网络基础，应围绕网络改造升级、提速降费、标识解析，推进三方面的工作：

第一，以IPv6、工业无源光网络（PON）、工业无线、时间敏感网络（TSN）等技术，改造工业企业内网；

第二，以IPv6、软件定义网络（SDN）以及新型蜂窝移动通信技术（即5G技术），实现工业企业外网的升级改造；

第三，推进标识解析体系建设，围绕工业互联网标识解析国家顶级节点，推动行业性二级接机点的建设与连接。

2.打造平台体系

第一，培育工业互联网平台，以企业为主导，构建跨行业、跨领域平台，实现多平台互联互通。

第二，开展工业互联网平台试验验证。支持产业联盟、企业与科研机构合作共建测试验证平台，开展技术验证与测试评估。

第三，推动、吸引企业上云。鼓励工业互联网平台在产业集聚区落地，通过财税支持、政府购买服务等方式，鼓励中小企业的业务系统向云端迁移。

第四，培育工业APP，支持软件企业、工业企业、科研院所等开展合作，培育一批面向特定行业、特定场景的工业APP。

3.加强产业支撑

要加强产业支撑，必须加大关键共性技术攻关力度，提升产品与解决方案供给能力：